工程師小課堂：數(shù)字電位器常見問題及應用經(jīng)驗總結(jié)

對于設(shè)計人員而言，數(shù)字電位器正變得越來越重要，它們具有很多優(yōu)點，但也存在很多限制。下面比較機械電位器，數(shù)字電位器的共同點和區(qū)別，并由此幫助讀者了解如何使用數(shù)字電位器。

電位器的出現(xiàn)有很長的歷史，它以各種方式應用在廣泛的領(lǐng)域，如常數(shù)調(diào)整和測量領(lǐng)域。最常見的莫過于設(shè)定和微調(diào)電阻值來微調(diào)電路，設(shè)置電平和調(diào)整增益等。電位器也被用來設(shè)計機器人和工業(yè)設(shè)備中的位置反饋。針對電位器需要考慮的各個方面，需針對特定應用的各種需求來設(shè)置。如電位器上的最大電壓，各臂所能提供的最大電流，能允許消耗的最大功率以及最需要考慮的電阻問題。從功率到噪聲的各個方面。單個電阻的誤差通常有+/-20%到+/-5%，溫度也會造成電阻值的漂移，所以需要考慮電位器的精度，線性，單調(diào)性與否，是否考慮設(shè)計中其它因素。比如人耳對聲音的頻率響應將比較重要。斷電與加電時電阻的變化，成本和體積，還有可靠性如裝配，潮濕等。

在愛迪生一千多項的發(fā)明當中,電位器總是為人們所遺忘。它是在十九世紀七十年代被發(fā)明并應用在開關(guān)中。如圖一所示。

經(jīng)一百年來，隨著材料及外形的改變，機械電位器在一些初級的應用中受到極大的關(guān)注。無可置疑機械電位器和數(shù)字電位器有許多區(qū)別，而它們的共性卻令人驚訝。其中最大相同就是它們都具有可調(diào)性，能提供大范圍的端到端電阻。

機械電位器可耐上千伏的高壓，數(shù)字電位器受制于小體積通常電壓在30伏以內(nèi)。機械電位器電阻容量也比數(shù)字電位器大。然而我們只要稍加考慮就可以解決上述問題。機械電位器受振動發(fā)生電阻飄移的時候會給設(shè)計造成問題。機械電位器的接觸點因磨損，老化而造成電阻增大或失效，進而使機械電位器的性能無法預知。數(shù)字電位器則無因機械結(jié)構(gòu)造成上述的問題，可以經(jīng)上萬次開關(guān)操作而依然保持一致。

數(shù)字電位器通常采用多晶硅或薄膜電阻材料，具有低噪聲，高精度和優(yōu)良的溫度系數(shù)。

機械電位器和數(shù)字電位器尺寸大小比對如圖二所示。

數(shù)字電位器另一個顯著優(yōu)點是可編程性，它可以象EEPROM一樣電壓編程來調(diào)節(jié)電阻，可以取代電壓跟隨器，還可以象數(shù)模轉(zhuǎn)換器一樣來控制或設(shè)置電壓電流。數(shù)字電位器的主要參數(shù)特性如下圖所示。

在使用數(shù)字電位器來設(shè)置電壓時，如需限定電壓輸出范圍，只需在數(shù)字電位器的供電回路上串聯(lián)電阻即可。下圖給出將輸出電壓范圍從0到15V改變成6+/-1V，其中只需增加電阻R1和R3。

用電位器來調(diào)整放大器增益的電路得到廣泛應用，如液晶顯示(LCD)中的對比度調(diào)節(jié)，傳感器校準和數(shù)字多媒體播放等。機械電位器因工藝原因，端到端的電阻誤差行業(yè)標準是+/-20%。當電阻值偏大時，電路分辯率降低。當電阻值偏小時，電路調(diào)節(jié)范圍縮小。如下圖所示。此20%誤差帶來的增益波動，在開環(huán)應用中因無補償控制將會引起嚴重的后果。數(shù)字電位器可以將通道電阻的匹配精度做到1%，從而有效解決了電阻誤差帶來的增益波動問題。

在數(shù)字音頻應用中，數(shù)字電位器大量取代了機械電位器是因為數(shù)字電位器具有高可靠性，數(shù)字控制，易于在線性和對數(shù)性間轉(zhuǎn)換和更好的穩(wěn)定性。這其中的工程挑戰(zhàn)有：

音頻信